溶媒回收

化工制药行业溶媒回收

溶媒是指能溶解气体、固体、液体而成为均匀混合物的一种液体。溶媒也称为溶剂，分为有机溶媒和无机溶媒。有机溶媒通常指具有较强溶解能力的有机物，包括脂肪烃、芳香烃、醇、多元醇及其衍生物、酮、酸、酯、酰胺等；无机溶媒包括水、液氮、液态二氧化碳、湿酸、熔盐等，其中水是最重要的无机溶媒。溶媒具有溶解力强、选择性高、低毒或无毒、性能稳定、腐蚀性小、作业性好、挥发性低、操作损失少、容易回收等特点而取得了快速的发展，广泛用于化妆品、清洗剂、油墨、涂料、黏合剂、有机合成、新材料、医药及农药等行业中，在溶解、反应、蒸馏浓缩、萃取、蒸发结晶和干燥等各工艺段都有广泛应用。

涉及到溶媒脱除的蒸馏浓缩、蒸发结晶和干燥等工艺过程中，涉及大量的溶媒蒸发，并且一般都在真空状态下运行。因此，真空工艺系统设计对溶媒回收效率和能耗有较大的影响。

一、 真空泵类型选择

化工、制药、新材料等涉及溶媒脱除的真空系统一般压力在数百帕到数十千帕，所涉及真空泵包括蒸喷喷射器、液环泵和干式真空泵等。

1.蒸汽喷射真空系统：蒸汽喷射器是采用蒸汽作为工作动力源的一种真空装备，工作蒸汽在拉伐尔喷嘴中加速形成超音速射流，而引射流体则由于与工作蒸汽间的剪切作用被卷吸至混合室，而后逐渐形成单一均匀的混合流体，经过一扩散段减速压缩到一定的背压后排出喷射器。蒸汽喷射器可以处理真空气量大、具有一定颗粒物的真空体系，多级蒸汽喷射器能达到较高的真空度。但是蒸汽喷射器除运行能耗高以外，喷射作用过程中，蒸汽与真空气体混合，势必降低真空气体中需要回收溶媒的纯度，如果蒸汽喷射器后采用混合冷凝器，溶媒的纯度进一步降低，增加了后续溶媒分离纯化的难度和能耗。

2.液环真空系统：在泵体中装有适量的水作为工作液。液环式真空泵是带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。液体被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，液体形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。液环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，液环的上部内表面刚好与叶片顶端接触。此时叶轮轮毂与液环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩;当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。当工作液体为水时，称水环真空泵。液环真空泵主要用于粗真空、抽气量大的工艺过程中，亦可与罗茨、蒸汽喷射泵。液环泵除能效低外，工作液与真空气体直接接触，气体中的溶媒会溶解于工作液中，工作液作为废液排除，一会增加废水量，二会降低溶媒的回收效率，三由于工作液的蒸发，在真空系统排放尾气冷凝过程中又增加了冷量消耗，降低了回收溶媒的纯度，增加了后续溶媒分离纯化的难度和能耗。

3.干式真空泵：干式真空泵主要指的是无油干式机械真空泵，能从大气压力下开始抽气，又能将被抽气体直接排到大气中去，泵腔内无油或其他工作介质，而且泵的极限压力与油封式真空泵同等量级或者接近的机械真空泵。干式真空泵主要包括爪式、螺杆、罗茨等真空泵。干式真空泵泵腔内无油或其他工作介质，能有效防止有机溶剂污染工艺介质。并且，干式真空系统无工作介质，能效高，同样气量、真空度条件下能耗低，罗茨+爪式或罗茨+螺杆的组合能实现大抽起量、高真空度。并且，由于无其他介质引入，真空气体不会受到污染，溶媒回收的纯度高，部分工况回收的溶媒可直接循环使用，即使需要分离纯化，其分离难度和能耗也大大降低。比如制药行业乙醇溶液浓缩和回收，新材料行业THF、异丙醇、环氧乙烷、环氧丙烷等许多种类溶媒的回收，已经取得成功。

 二、 冷凝回收系统设计

真空尾气冷凝系统的设计对溶媒回收效率和能耗影响非常大，合理的冷凝系统设计在提高回收效率的同时，降低泵的气量配置电机功率，并且降低冷量消耗。

1. 泵前和级间冷凝器。泵前和级间冷凝器设计不但能降低进真空泵气体的温度，而且能尽量多的将真空气体中的可凝溶媒冷凝，从而大大降低进泵的气量，降低真空系统的气量配置。而对于多台真空泵串联的真空系统，级间的冷凝也非常必要，因为随着真空气体压力的提升，体系的露点温度进一步提高，通过冷凝可进一步降低进入下一级真空泵的气量。

2. 泵后冷凝。真空泵出口气体压力已经大于一个大气压，体系的露点温度进一步提高，泵后冷凝能将负压状态下难以冷凝的溶媒进一步冷凝回收，从而提高溶媒回收效率，并降低后续尾气处理的难度和能耗。

3. 冷凝系统设计。冷凝系统工艺主要依据来气的压力、温度以及溶媒的沸点、熔点以及饱和蒸汽压和平衡分压进行设计，以溶媒回收效益最大化为约束目标，平衡冷凝温度、真空气量和回收效率关系。

三、 回收液的分离纯化

回收溶媒如果不能满足循环使用要求，则需要进一步分离纯化，常用的方法包括：

1. 液液分离。主要依据溶媒组分间的互溶性进行液液分层处理，主要针对组分不互溶的体系，比如水和烃类等的分离，此分离较为简单，合适的分层器即能满足分离要求。

2. 精馏。对于大多溶媒体系，可依据组分的相对挥发度差异，采用精馏方式进行分离。

3. 差压精馏。对于组分间存在共沸或者相对挥发度低的物性，如需获得高纯度的溶媒，可根据组分在不同压力下共沸点的差异进行差压精馏分离，比如水-THF、水-异丙醇等的分离。

4. 萃取+精馏。对于体系中低沸点组分含量高的物系，可采用萃取+精馏方式进行分离，分离的能耗大大降低。比如DMF/DMAC -水物系的分离，如果直接精馏，水需要全部气化，能耗非常高，如果先对物系进行萃取，降低其中的水含量，则精馏能耗节约70%以上。

总之，工业领域尾气中的溶媒回收，需要选择合适的真空泵，比如干式真空泵，合理的真空系统设计，比如合理的冷凝系统配置，以及后续溶媒的分离纯化等。南真多年来致力于真空系统溶媒系统的设计和实施，积累了丰富的经验，并借助于现代化的研究设计方法，成功实施多套装置，为企业创造了非常显著的经济效益，并产生非常显著的社会效益。